基于数学模型的数控机床加工过程中能耗单元能耗成分分析

数控机床加工能量源众多,各能耗单元的能耗有负载相关能耗与负载无关能耗两大类,各类又有不同子系统能耗的划分。文章建立了整个数控机床加工过程的能量消耗模型,并从进给系统、主传动系统以及液压系统等方面进一步细化了负载相关以及负载无关能耗单元的能耗成分分析数学模型,该模型可较好地以量化的形式将数控机床加工环节能耗单元的能耗效率显示出来,同时,对机床在整个服役过程中的全部能耗进行预测,应用价值比较高。     

智能数控提高机床能效的研究

为了研究数控机床的能耗问题,设计了机床能耗的整体测试方案,对数控机床能耗进行分析,确定机床各个相关部件的能耗情况,采用Matlab工具建立机床能耗仿真模型。在加工循环中,测量机床运行总能耗,根据加工循环及相关参数,利用能耗仿真模型对机床能耗进行仿真,将仿真结果和实际测量能耗进行了对比,验证了模型的准确性。研究了在数控系统中集成能耗的监视及预测等功能,并给出了基于能耗的智能化数控系统的架构,该架构为进一步研究提高智能数控机床能效提供了依据。     

数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法

机床能量消耗过程的评估和分析是机床能效优化研究的基础。现有研究提出的机床能耗模型主要是静态能耗模型,少数对机床动态性能耗的研究又主要集中在机床运行状态的动态性的建模,缺乏对机床能量源特别是数控机床多能量源的动态性能耗的研究。针对数控机床能量源多、加工任务及加工参数动态变化等特点,提出了一种数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法。对数控机床能耗过程的动态性进行分析;在此基础上,结合面向对象着色赋时Petri网(Colored timed object-oriented Petri net,CTOPN)和虚拟部件方法建立数控机床多能量源动态能耗模型,其中CTOPN模型用于描述数控机床能耗过程机床和多能量源运行状态的动态特性,虚拟部件方法用于描述数控机床多能量源受加工参数影响的动态特性;通过CTOPN中"变迁"蕴含的信息来驱动虚拟部件模型实现对数控机床多能量源的动态能耗特性的建模。案例分析结果证明了该方法的可行性,上述模型可为数控机床动态能耗的预测、综合的能耗特性分析以及定量的能耗影响因素分析提供一种基础支持,具有较广阔的应用前景。     

基于逐步回归的机床温度测点优化及热误差建模技术

通过对机床温度测点进行优化,建立其与机床热误差之间的数学模型,对机床热误差进行实时预测与补偿控制,是提高数控机床加工精度的重要途径。为解决现有机床热误差模型预测精度低、鲁棒性差的问题,提出一种基于逐步回归的数控机床温度测点优化方法。通过偏F统计量的检验,在初步建立的回归模型中逐个引入新变量,剔除不显著的老变量,实现温度测点的优化布置,获得数控机床热误差的最优回归模型。将该方法应用于某数控机床,结果表明,基于逐步回归的机床热误差模型,所用温度变量最少,且预测精度最高。     

基于径向基函数法的五轴数控机床空间动态性能研究

在对数控机床进行动态性能分析时,局限于某一固定位姿获取的动态特性信息不足以描述整个加工空间内的机床动态特性。针对这一问题,提出一种基于径向基函数理论的五轴数控机床空间动态特性分析方法,利用机床实测试验数据和径向基函数法来构建五轴联动数控机床的空间动态特性函数模型。该方法以机床固有频率这一关键动力学性能指标为例,建立机床整机动态特性与机床位姿之间的数学关系。以一五轴数控机床为研究对象,将试验设计方案确定的各联动轴的坐标作为试验样本点,采用德国M+P振动试验设备提取样本点的试验数据,构建反映机床空间位姿与机床前6阶固有频率关系的函数表达式,并通过计算模型质量评价指标验证该模型的有效性。结果表明,该方法能有效预测在加工空间内固有频率的分布规律及其各轴向位移变化的灵敏度,为合理规划工艺路线提高加工精度提供技术支持。     

基于嵌入式技术的机床能耗监测系统研究

设计了一种以嵌入式技术为基础的数控机床能耗监测系统,可实时采集和监控机床加工过程中的能耗状态。系统通过电流互感器和电压互感器采集机床相关元器件的电压和电流,利用ARM-M3系列的嵌入式微控制器控制采集过程和处理数控机床能耗数据,并通过PC端的人机交互界面实现对数控机床加工过程中功率曲线的实时处理和监控。最后通过对CK6136型数控机床进行能耗监测试验,验证了系统的可行性。     

任意结构数控机床机构运动学建模与求解

建立了一种适合于任意结构数控机床的机构模型与运动模型及机床运动求解的通用方法。对于具有任意轴数、轴运动方向为空间任意方向的数控机床,均可通过机床机构的型和结构参数来描述其机构模型,并据此建立其运动模型和进行机床运动求解。     

基于BPMN2.0的数控机床主传动系统动态能耗建模

选取数控机床的主要耗能子系统即主传动系统进行研究,针对其加工过程中能量消耗动态变化且难以规范化描述的特点,通过主传动系统能量消耗动态性的分析,提出了一种基于业务流程建模规范BPMN2. 0的数控机床主传动系统动态能耗建模方法。该方法利用BPMN2. 0的符号和语义对主传动系统不同能耗单元的执行流程、配合关系进行描述,并利用数据关联集成建立的业务流程建模规范(BPMN)能耗模型,实现了制造过程中数控机床主传动系统能耗动态性的图形化表达与能耗计算。最后,以某数控铣床加工过程为例,对所述模型及方法进行了应用,验证了其有效性与准确性。     

数控机床能耗控制的优化研究与应用

数控机床是典型的用能产品,由于各种损耗和辅助功能的存在,加工过程中能效一直比较低。为此,对数控机床能耗控制进行研究。以Simens840D sl数控系统为例,在分析数控系统的控制原理基础上,根据加工特征编制宏程序,实现系统动态的加工能效优化;基于不同工作状态下,根据机床闲置时间的长短,制定机床待命、系统待命和关机3种节能控制方案,通过编制相应的PLC控制逻辑,实现数控机床智能化的低能耗控制;将PAC3200/4200多功能测量仪集成于数控机床,实现对数控系统及辅助设备的能量消耗进行定量的测量和分析,实时获取生产现场的机床能量数据。该方案已成功应用于龙门移动式数控机床,并取得理想的效果,能够实现对能耗优化控制,提升机床的性能,使其更具市场竞争力。     

基于Levenberg Marquardt的数控机床主轴负载振动的非线性拟合

数控机床主轴负载时,在不同条件下主轴微量的振动影响着机床的加工精度、加工效率以及刀具的磨损与使用寿命。为确保机床主轴负载时的稳定性,提出一种监测机床主轴振动速度量,并进行多元非线性拟合估测振动量的方法。先根据机床主轴负载的3个变量因素——进给速度、主轴转速和切削量,基于Levenberg Marquardt算法分别建立三者与机床主轴速度振动量的关系。接着选取三者的关系函数模型之一为基础函数,按“加”、“减”、“乘”和“除”进行关联。最后以组合的函数为基础模型进行多元非线性拟合求取系数参数,得出最终的拟合函数。实验结果表明,机床主轴负载时,该方式能有效地预估主轴的速度振动量,准确率超过97%。